JP5180072B2 - 燃料システムに用いられる二重逆止バルブ - Google Patents

Description

本発明は、逆止バルブに関し、より具体的に圧力逃しバルブ及び逆止バルブとして機能する双方向バルブであって、例えば車両の燃料タンクと燃料気化処理システム（一般的にはキャニスタ）との間を接続する燃料パイプに関する。

車両の燃料システムにおいて、一般的に燃料タンクは、燃料レール及びエンジンの噴射器に接続された燃料送出パイプに結合されており、燃料及び蒸気流を調整する複数のバルブ手段を有している。

暑い気候の場所において、操作段階の後に運転が停止したときに、タンクシステムの燃料は膨張する。
タンクを燃焼エンジンに接続される供給パイプで燃料が膨張した場合、燃料供給パイプ内の圧力が増大し、燃料漏れやエンジン故障を生ずるため、問題となる。
他方、低い環境温度や燃料消費中においては、燃料タンク内の圧力が減少するため、燃料タンクの変形や亀裂が生ずることがある。

したがって、燃料タンクからエンジンに向かう方向で燃料を比較的大流速で供給するように燃料システムを適合させ、燃料タンク内が真空となることを回避するために通気孔を形成することが必要である。

このような燃料タンクバルブの例は、以下の特許文献に記載されている。

特許文献１には、燃料噴射方式の自動車の内燃エンジン用の燃料送出システムが開示されている。このシステムは、燃料タンク内に取り付けられた燃料ポンプを有しており、燃料ポンプが燃料パイプを介して複数の燃料噴射器に燃料を送出する燃料レールに取り付けられている。燃料パイプにおいて燃料ポンプの出力側にはプレッシャーバルブが取り付けられており、圧力バルブがポンプからレールまでとレールからポンプまでとの間における燃料の流通を制御する。プレッシャーバルブは、逆止バルブと圧力逃がしバルブとを収容するための筐体を有しており、逆止バルブは燃料ポンプが燃料パイプに規定圧力をかけると開状態となり、圧力逃がしバルブが燃料パイプに過剰に加圧されたときに燃料パイプから燃料ポンプまで燃料を流通させるために開状態となる。安全バルブは、これと共に並列に取り付けられた逆止バルブの規定値よりも高い規定値となっており、燃料パイプ内の圧力が長い減速期間の間においてエンジンが停止したときと同様に適切なレベルで維持される。

特許文献２には、自動車エンジン燃料システムに用いられる逆止及び通気バルブ組立品の組み合わせが開示されている。このバルブ組立品は、筐体を通る燃料経路を有し、燃料経路が燃料ポンプの出力に接続される入力とエンジンに燃料を供給する出力とを有する。逆止バルブは、燃料ポンプが駆動していないときにおいて通常閉状態であると共に入力燃料圧力が出力燃料圧力を超えたときに開状態となる燃料経路内に配置されている。通常閉状態である通気バルブは、燃料経路内で逆止バルブの上流に配置され、逆止バルブ用の可動台座として機能し、バルブ組立品の出力燃料圧力が規定値によって燃料ポンプの出力圧力よりも高くなったときに開状態となって経路を通ってポンプへと燃料を流して出力燃料圧力を規定最小圧力まで減圧させる。

特許文献３には、プレッシャーバルブを含む燃料システムが開示されている。この燃料システムでは、プレッシャーバルブが燃料ポンプと燃料レールとの間に配置されてポンプからレールまでとレールからポンプまでとの燃料フローを制御する。このバルブは、バルブチャンバを形成する一対の半断面を有するバルブ筐体を含む。逆止バルブは、チャンバ内に取り付けられており、燃料ポンプが燃料パイプに規定燃料圧力をかけると、燃料ポンプから燃料パイプまでの燃料の流通を調整可能となっている。圧力逃しバルブは、逆止バルブと並列にチャンバ内に取り付けられており、燃料パイプ内の燃料圧力が規定安全圧力を超えると、燃料パイプ内の燃料が筐体を通って燃料ポンプまで流れるように調整可能となっている。さらに、寄生流通オリフィス（parasitic flow orifice）は、バルブチャンバとの流動連絡路に取り付けられており、バルブチャンバ圧力が規定バルブチャンバ圧力よりも低いときにバルブチャンバ内の燃料がオリフィスを介して燃料タンクまで流通するように調整可能となっている。燃料は、バルブチャンバ圧力が規定バルブチャンバ圧力を超えたときに寄生流通オリフィスを通って流通することが回避されている。

特許文献４には、タンクから入力流路及び出力流路を有するバルブ筐体を備える燃焼エンジンまで燃料を供給する供給パイプを規定するバルブの配置と、移動可能なバルブヘッドを有して入力流路から出力流路を封止し、これによって供給ポンプが供給パイプに配属されるバルブと、供給ポンプから圧力がかけられていないときに閉状態となるバルブヘッドとが開示されている。液体燃料を燃焼する複数の燃焼エンジンに対する供給パイプの漏れの危険性は、別途他の空間を用いない同軸第２バルブを用いることによって解消される。メインバルブに設けられる他の基本的な同軸バルブは、出力流路圧力が供給圧力よりも高いときに開状態となって供給方向と対抗する。このバルブの配置は、燃焼エンジンが駆動しているときに逆止バルブとして機能すると共に、燃焼エンジンが停止しているときに膨張弁（overpressure valve）として機能する。これにより、取り付けスペースを別途設けることなく、また取り付けのための他の多大な労力を要することなく、既存の燃料システムに経済的に統合することができる。

特許文献５には、自動車燃料システムに移植された圧力逃がしバルブが開示されている。この圧力逃がしバルブは、エンジンが稼動しているときに燃料ポンプから燃料源に加圧燃料の経路を設定するための無制限一定流出オリフィスを含む。逆止バルブは、エンジンが停止しているときに燃料システムから燃料源に戻る流れが発生することを防止し、エンジンが始動された（cranked）ときにすぐにエンジンをかけられるように送出システム内に十分な圧力を保つ。圧力逃しバルブは、燃料供給システムで増大して規定圧力レベルを超えた圧力に応じて送出システムから燃料源に戻される燃料を排出し、さもなければ燃料送出システムに損傷を与える過剰圧力状態となることを回避する。

他の燃料システム及び無逆流（逆止バルブ）において、燃料経路数の減少は好ましく、これにより損傷や漏れ経路の可能性を低減する。
燃料システムの部品点数を削減することも、組立工程を簡素化し、コストを削減し、構成部材のサイズや重量を削減するため、好ましい。

米国特許第５４７７８２９号明細書 米国特許第５６２３９１０号明細書 米国特許第６３５２０６７号明細書 米国特許第６６６８８０２号明細書 米国特許第６８３７２１９号明細書

したがって、本発明の目的は、それぞれの方向でフローパラメータが異なる双方向逆止バルブであって、簡易かつ安価な設計の双方向逆止バルブを提供することである。

本発明は、バルブの圧力差に応じて上流方向または下流方向を選択する双方向バルブであって、両方向の流れが同軸である（すなわち、共通の流路に沿っている）と共に、バルブの筐体内に単一の移動プランジャを備えるバルブである。

したがって、本発明のバルブは、軸方向に移動可能なプランジャを有し、下流ポートと上流ポートとを形成する筐体を備え、プランジャは、主逆止バルブの流路の封止係合部に向けて付勢され、この流路が、下流ポートと上流ポートとの間に延在して形成されて上流方向のみに流通させ、プランジャには、通常閉状態であって下流方向のみに流通させる副逆止バルブの流路が形成されている。

本発明では、双方向バルブであって、軸方向で移動可能な１つのプランジャが取り付けられた筐体を備え、プランジャが、主逆止バルブと副逆止バルブとを形成し、記双逆止バルブが、通常閉状態であり、逆止バルブが、プランジャの封止縁部と筐体の対応するシート肩部との間に延長して形成され、記副逆止バルブが、前記プランジャの筒状部に形成された１以上の開口部により形成され、通常前記開口部を封止する移動可能な弾性封止肩部に取り付けられている。

このバルブでは、両方向の流通がバルブの両ポートの間の共通流路に延在して形成される。

本発明の特定の形態によれば、封止スリーブは、主逆止バルブを封止するように形成されている環状封止部と一体になっている。

プランジャがバネによって通常閉状態位置に付勢されており、バネの一端部が、筐体の一部に支持され、バネの他端部が、プランジャに支持されている。バネが、支持脚部及び／または支持台部で支持されている。

主逆止バルブの流路における上流側が、その下流側よりも断面形状が大きく、流通が、上流方向で十分に大きい流速となっている。

プランジャは、第１規定圧力閾値が上記付勢力を超えることが必要となるように、付勢部材の力によって封止位置に向けて付勢されており、開状態となるために主流路が主逆止バルブに連結されている。第２圧力閾値は、副逆止バルブに連結された副流路を開状態とするため必要となる。

副流路の流速は、プランジャに形成された開口部の断面積により定められ、副流路を開状態とするための第２圧力閾値は、移動可能な弾性封止スリーブの弾性による。

バルブの性能を改善するため、プランジャは、筐体内で軸方向にのみ移動可能となっている。
そのため、筐体とプランジャとの一方が複数の軸案内部に取り付けられ、筐体とプランジャとの他方が前記案内部対応して滑るように係合する軸溝部に取り付けられている。

本発明におけるバルブによれば、筐体は円筒状の主流路を備え、主流路が下流ポートと上流ポートとの間に延在して形成され、プランジャが封止係合部に向けて付勢され、筐体のシート肩部が主流路に形成され、プランジャには、１以上の開口部が形成された筒状部が形成され、開口部が、筒状部に取り付けられた弾性スリーブにより通常封止され、開口部が、当該バルブの前記上流ポートから前記下流ポートに向かう方向の副流路を構成する。

本発明の特定の設計によれば、環状封止部材が、前記プランジャの封止縁部に取り付けられ、前記筐体のシート肩部に結合されている。
この特定の設計により、弾性スリーブが環状封止部材と一体化される。

バルブは、プランジャをその通常閉状態位置に付勢するコイルバネと共に、バネの一端を支持する筐体閉鎖部材によって包まれている。
この特定の設計によれば、前記筐体閉鎖部材は、筐体にスナップ係合している。
この発明の改良では、筐体閉鎖部材は、筐体に対して軸方向で調整可能であり、付勢バネによる付勢力を調整して主流路を開状態とするための圧力閾値を調整する。
筐体閉鎖部材の軸方向移動は、例えば筐体との螺合によりなされてもよい。

この配置は、前記プランジャが、主逆止バルブを構成し、該主逆止バルブが、下流チャンバから上流チャンバに向けて流通させ、前記下流チャンバ及び前記上流チャンバそれぞれが、前記下流ポートと前記上流ポートとを接続し、前記プランジャに通常閉状態である副逆止バルブが取り付けられ、前記上流チャンバから前記下流チャンバに流通させる。

バルブは、最大６つの構成部材で構成されている。

本発明のバルブは、異なる流量制御システムへの導入に適している。典型的な一例としては、自動車の燃料システムである。
一般的に、主流路は、開状態となり、燃料タンクから燃料処理システムに向かう方向である上流方向における燃料の流速を十分に高くする。この状態において、副流路は、封止されたままである。主流路は、逆流方向において閉状態となる。すなわち、主流路は、例えば燃料タンクが真空状態となる場合など副流路が開状態となるときに閉状態となる。

まず、符号１０で示された本発明によるバルブの説明図である図１及び図２に注目する。このバルブは、リブ状の下流ポート１４を形成する円筒状の筐体１２を含み、例えば自動車燃料タンク（図示略）に接続可能となっている。
筐体１２はキャップ（筐体閉鎖部材）１８に取り付けられており、キャップ１８は複数の横凸部２０を筐体１２に対応して形成された複数の開口部２４とスナップ係合することによって筐体１２に連結されている。
キャップ１８の筐体１２との連結部分は、封止Ｏリング２５により封止されている。

キャップ１８は、例えば自動車燃料処理システムなど（図示略）に接続可能な下流ポート２８に取り付けられている。

一実施形態の第１のプランジャは、筐体内で軸方向に移動可能に配置されており、全体として符号３４で示されている。第１のプランジャ３４は、下端部が壁部３８により塞がれている筒状部３６を含み、筒状部３６が複数の放射状の開口部４０を含む。
筒状部３６には、側面から突出する環状部（封止縁部）４４が形成され、筒状バネ支持部４８がさらに形成されている。

コイルバネ５２は、筒状バネ支持部４８の内側に配置されており、一端が第１のプランジャ３４の肩部（シート肩部）５６で支えられ、他端がバネ支持部５８に取り付けられると共にキャップ１８の壁部６０と接して支えられており、第１のプランジャ３４を下流ポート１４に向けて付勢している。

スリーブ（弾性スリーブ）６１は、例えばシリコーンゴムのような弾性材料で形成され一般的なＬ字状をなし、筒状部３６に取り付けられており、その第１部６２がプランジャ３４の開口部４０を覆い、第２の脚部（弾性環状封止部材）６４がプランジャ３４の環状部４４上に配置されている。
第１のプランジャ３４の環状部４４は、支持肩部（support shoulder）６８の間に延在している脚部６４を備え、筐体１２の支持肩部６８に当接しており、環状部４４と支持肩部６８とを確実に封止し、これにより筐体１２を上流チャンバ７０及び下流チャンバ７２に仕切っている。

上記の構成により主流路７８及び副流路８７が形成され、主流路７８が流体を下流ポート１４から上流ポート２８に向かう方向（図１に矢印８２で示すように）にのみ流通させ、副流路８７が副逆止バルブとして流体を上流ポート２８から下流ポート１４に向かう方向にのみ流通を補助する。

この配置は、両逆止バルブが通常閉状態であり、異なる圧力閾値で課開状態となって各方向における流体の流通を容易にする。例えば、主流路７８は、上流方向において約４リットル／分のように十分に高い流速となる約４ＫＰａの圧力閾値を有している。そのため、筐体１２の内部は符号９０で広がり、各方向の流速を増大させ、プランジャ３４がその封止位置から一度離れるように動く（図３参照）。

他方、副逆止バルブは、特に真空状態（例えば−１ＫＰａ）で十分に低い圧力閾値で開状態となり、下流ポート１４に向かう逆流を補助する。

第１のプランジャ３４は、軸方向にのみ移動可能となっており、横凸部４４の周囲に形成されている４つの軸凹部９４が筐体１２の少なくとも一部において突出する軸凸部９４を滑り受けることによって保持されている（図５Ｃ参照）。

さらに図３及び図５Ｂでは、バルブ１０が第１の開状態位置にある。すなわち、主流路７８は、筐体１２の支持肩部６８から第１のプランジャ３４の開口部４４の離脱位置上に向けて開いており、下流ポート１４から上流ポート２８に向かう矢印１００方向に沿って流体を流通させる。第１のプランジャ３４の開状態位置への移動は、コイルバネ５２の収縮により可能とされている。この収縮は、第１のプランジャ３４に規定圧力閾値よりも大きな差圧がかかったときにのみ生じる。

本発明の実施形態（図示略）によれば、キャップ１８は、筐体１２に連結してもよい。すなわち、軸方向移動を制御して主流路７８を開状態とするための圧力閾値を調整可能とする。これは、例えばキャップの筐体への螺合により容易としてもよく、回転によって相当する軸方向移動がなされる。

図３に示す状態において、副流路８６は、閉状態を保持することがさらにわかる。すなわち、弾性スリーブ６１は、第１のプランジャ３４の筒状部３６の開口部４０を封止している。
次に、図４及び図５Ａに示すように、バルブ１０は、副流路８６が開状態となっている間、主流路７８が封止された状態となっており、上流ポート２８から下流ポート１４に向かう方向（すなわち、矢印１０４で示す燃料タンクに向かう方向）で流通させる。
これは、圧力差が最小圧力閾値（例えば真空状態）以下となり、弾性スリーブ６１が変形して第１のプランジャ３４の筒状部３６に形成された開口部４０から離間したときに発生し、これによって燃料が開口部４０を通って下流方向に流れることができる。

第２の実施形態におけるプランジャは、図６及び図７で参照される横断面図において符号１１２で示されている。第２のプランジャ１１２は筐体１２内において軸方向に移動可能であって筒状部１４４を備えており、筒状部１４４の下端は複数の軸開口部１１８を形成する端部材１１６により封止されている。

第２のプランジャ１１２の端部材（下端部材、支持台部）１１６には、例えばシリコーンゴムのような弾性材料で形成された通常平板状のカバー層（弾性カバー層）１２４が第２のプランジャ１１２の複数の軸開口部１１８を封止するように取り付けられている。

上述の構成において、主流路７８は、上述した第１のプランジャ３４と同様に、軸開口部１１８を介して第２のプランジャ１１２からの上流への流通をカバー層１２４によって阻止する。

しかしながら、上述した圧力状態において形成された副流路１２６は、第２のプランジャ１１２の圧力状態と異なり、軸開口部１１８を介した上流ポート２８から下流ポート１４に向かう方向で燃料を流通させる。
図７に示されるカバー層１２４の一時的な形状歪みは上記副流路により形成され、この後カバー層１２４は通常の平面形状に戻る。

複数の詳細な実施形態について図示や記載を行ったが、本発明は以上に記載された典型的な実施形態に限定されるものではないことが当業者にとって理解されるであろう。
したがって、適宜変更した他の多数の実施形態は、本発明の技術的範囲に属するべきである。

本発明におけるバルブを示す正面図である。 両者とも通常閉状態にある主流路及び副流路と共に示すバルブの縦断面図である。 開状態にある主流路及び通常閉状態にある副流路と共に示すバルブの縦断面図である。 開状態にある副流路及び通常閉状態にある主流路とともに示すバルブの縦断面図である。 開状態にある副流路を示す図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。 閉状態ある副流路を示す図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。 筐体に設けられたプランジャの軸支持部材を示す図３のＶ−Ｖ矢視断面図である。 本発明におけるプランジャのさらなる形態を有するバルブの一部を開状態にある主流路及び通常閉状態にある副流路と共に示す縦断面図である。 本発明におけるプランジャのさらなる形態を有するバルブの一部を開状態にある副流路及び通常閉状態にある主流路と共に示す縦断面図である。

符号の説明

１０ バルブ
１２ 筐体
１４ 下流ポート
１８ キャップ（筐体閉鎖部材）
２８ 上流ポート
３４，１１２ プランジャ（移動部材）
４０ 開口部
４４ 環状部（封止縁部）
５２ バネ（コイルバネ）
５６ 肩部（シート肩部）
５８ バネ支持部
６１ 弾性スリーブ（弾性封止スリーブ、封止スリーブ）
６４ 脚部（弾性環状封止部材）
６８ 支持肩部（シート肩部）
７０ 上流チャンバ
７２ 下流チャンバ
７８ 主流路
８６，１２６ 副流路
１１６ 端部材（下端部材、支持台部）
１１８ 軸開口部（開口部）
１２４ カバー層（弾性カバー層）

Claims (11)

1. 下流ポートと上流ポートとを形成し、軸方向に移動可能なプランジャ（１１２）を有する筐体（１２）を備え、
   前記プランジャ（１１２）が付勢され、上流方向のみに流通させるために、前記下流ポートと前記上流ポートとの間に延在して形成された主流路（７８）に封止係合しており、
   前記プランジャ（１１２）は、端部材（１１６）によって、その下端部において封止される筒状部（１４４）を具備してなり、前記プランジャには、下流方向のみに流通させるために通常閉状態の副逆止バルブの流路（１２６）と、側方突出環状部（１２０）とが形成されており、
   前記副逆止バルブは、前記プランジャ（１１２）の前記端部材に形成された１つ以上の軸開口部（１１８）と、前記プランジャ（１１２）に取り付けられかつ１つ以上の前記軸開口部（１１８）を通常封止するよう構成された通常平板状のカバー層の形態の変形可能な弾性封止部材（１２４）と、を含み、
   前記プランジャ（１１２）の前記側方突出環状部（１２０）は、前記筐体（１２）の支持肩部に当接し、前記支持肩部の間に延在する前記変形可能な弾性封止部材（１２４）の一部を備え、前記側方突出環状部（１２０）と前記支持肩部とを確実に封止するよう構成されていることを特徴とするバルブ（１０）。
2. 前記プランジャが、主逆止バルブを構成し、
   前記主逆止バルブが、下流チャンバから上流チャンバに向けて流通させ、
   前記下流チャンバ及び前記上流チャンバそれぞれが、前記下流ポートと前記上流ポートとに連通することを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
3. 両方向の流通が、当該バルブの前記両ポートの間で同軸に延在していることを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
4. 弾性環状封止部材が、前記プランジャの封止縁部に取り付けられ、前記筐体のシート肩部に封止結合されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
5. 前記主逆止バルブの上流側が、その下流側よりも大きな断面形状を有しており、
   これにより、流通が、上流方向で実質的に大きい流量を可能としていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
6. 前記プランジャがバネによって通常閉状態位置に付勢されており、
   前記バネの一端部が、前記筐体の一部に当接しており、
   前記バネの他端部が、前記プランジャに当接しており、
   前記バネが、支持脚部または支持台部で支持されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
7. 最大６つの構成部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
8. 自動車の燃料タンク及び自動車の燃料気化システムの中間燃料バルブとして用いられることを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
9. コイルバネがその通常閉状態位置に前記プランジャを付勢し、
   前記コイルバネが当該バネの一端を支持する筐体閉鎖部材により圧縮されており、
   前記筐体閉鎖部材が、前記筐体にスナップ係合していることを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
10. 前記筐体閉鎖部材が、前記筐体に対して軸方向で調整可能であり、前記付勢バネの付勢力を調整し、これにより前記主流路を開状態とするための圧力閾値を調整することを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
11. 前記筐体閉鎖部材が、前記筐体に対して螺合しており、前記筐体に対する当該筐体閉鎖部材の軸方向移動を可能としていることを特徴とする請求項１０に記載のバルブ。

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